JP2002150805A - Electrodeless lamp device - Google Patents
Electrodeless lamp deviceInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロ波の電磁
場により、無電極ランプを発光させる無電極ランプ装置
に関し、特に、ランプの冷却効率を高めることにより、
ランプの輝度を向上させた無電極ランプ装置に関するも
のである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electrodeless lamp device for emitting an electrodeless lamp by an electromagnetic field of a microwave, and more particularly, to an electrodeless lamp device by increasing the cooling efficiency of the lamp.
The present invention relates to an electrodeless lamp device with improved lamp brightness.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、このような無電極ランプ装置とし
ては、例えば特開平2-117003号公報、実開平4-131853号
公報に記載されたものがあった。2. Description of the Related Art Conventionally, as such an electrodeless lamp device, for example, there are those described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-117003 and Japanese Utility Model Application Laid-Open No. 4-131853.
【０００３】図５、６は従来の無電極ランプ装置の一例
を示す図である。ここで、図５（ａ）は長手方向に切断
した横断面図、図５（ｂ）は底面から見た一部破断平面
図、図６は図５におけるマイクロ波発生源と導波管とマ
イクロ波空胴との結合関係を示す縦断面図である。FIGS. 5 and 6 show an example of a conventional electrodeless lamp device. Here, FIG. 5 (a) is a cross-sectional view cut in the longitudinal direction, FIG. 5 (b) is a partially broken plan view seen from the bottom surface, and FIG. 6 is a microwave generation source, a waveguide and a microwave in FIG. It is a longitudinal cross-sectional view which shows the connection relationship with a wave cavity.
【０００４】この無電極ランプ装置は、石英などで形成
された筒状のガラス管の内部に水銀等の発光材料が封入
された無電極ランプ１を備えている。無電極ランプ１
は、マイクロ波空胴２内に固定されている。マイクロ波
空胴２は、金属材料により下方に開口した箱型に形成さ
れた空胴壁３と、空胴壁３の開口面に配設されたメッシ
ュ４とから構成されている。This electrodeless lamp device includes an electrodeless lamp 1 in which a light-emitting material such as mercury is sealed in a cylindrical glass tube made of quartz or the like. Electrodeless lamp 1
Are fixed in the microwave cavity 2. The microwave cavity 2 is composed of a box-shaped cavity wall 3 opened downward with a metal material and a mesh 4 arranged on the opening surface of the cavity wall 3.
【０００５】また、マイクロ波空胴２の内部には、無電
極ランプ１で発生した光を集光し、マイクロ波空胴２の
開口面方向へ導くための集光ミラー８が配設されてい
る。集光ミラー８は断面形状が半楕円の半割り筒状凹面
鏡である。そして、楕円の焦点位置に無電極ランプ１が
配設されるように、無電極ランプ１および集光ミラー８
が位置決めされ、空胴壁３に固定されている。A condenser mirror 8 for condensing light generated by the electrodeless lamp 1 and guiding the light toward the opening surface of the microwave cavity 2 is provided inside the microwave cavity 2. I have. The condenser mirror 8 is a half-cylindrical concave mirror having a semi-elliptical cross section. Then, the electrodeless lamp 1 and the condensing mirror 8 are arranged such that the electrodeless lamp 1 is disposed at the focal position of the ellipse.
Are fixed to the cavity wall 3.
【０００６】マイクロ波空胴２の上端の外面には導波管
６の下端が固定され、導波管６の上端には、二台のマグ
ネトロンからなるマイクロ波発生源５が固定されてい
る。また、導波管６の下端部からマイクロ波空胴２内に
アンテナ７が延設されている。アンテナ７は、無電極ラ
ンプ１と集光ミラー８との間に集光ミラー８と平行な方
向に形成され、その一端が空胴壁３に、他端がアンテナ
貫通孔10、11を経て導波管６内の同軸導波管変換器（図
示せず）に接続されている。なお、図５（ｂ）では便宜
上、アンテナ７とアンテナ貫通孔10、11の図示を省略し
た。また、図５（ａ）では、導波管６など左右に一対存
在する構成要素は左半分のものにのみ符号を付した。A lower end of a waveguide 6 is fixed to an outer surface of an upper end of the microwave cavity 2, and a microwave source 5 composed of two magnetrons is fixed to an upper end of the waveguide 6. An antenna 7 extends from the lower end of the waveguide 6 into the microwave cavity 2. The antenna 7 is formed between the electrodeless lamp 1 and the condenser mirror 8 in a direction parallel to the condenser mirror 8, one end of which is guided to the cavity wall 3, and the other end is guided through the antenna through holes 10 and 11. It is connected to a coaxial waveguide converter (not shown) in the waveguide 6. In FIG. 5B, illustration of the antenna 7 and the antenna through holes 10 and 11 is omitted for convenience. In FIG. 5 (a), only the left half of the components such as the waveguide 6 that are present on the left and right are denoted by the reference numerals.
【０００７】導波管６の上方には送風機９が配設されて
いる。導波管６、マイクロ波空胴２の上端には、それぞ
れ通風孔12、13が形成されている。また、集光ミラー８
の凹面の底部（集光ミラー８の開口端と反対側の端部）
およびその付近には通風孔14が形成されている。A blower 9 is provided above the waveguide 6. At the upper ends of the waveguide 6 and the microwave cavity 2, ventilation holes 12 and 13 are formed, respectively. Also, the condensing mirror 8
Bottom of the concave surface (the end opposite to the opening end of the condenser mirror 8)
A ventilation hole 14 is formed in the vicinity thereof.
【０００８】そして、上述した各構成要素は、空胴壁３
と一体的に構成されたケース16内に設けられている。[0008] Each of the above-described components is a cavity wall 3.
It is provided in a case 16 that is integrally formed.
【０００９】以上のように構成された無電極ランプ装置
において、マイクロ波発生源５で発生されたマイクロ波
を導波管６を経てアンテナ７からマイクロ波空胴２内に
導入すると、アンテナ７から放射されたマイクロ波はマ
イクロ波空胴２内で反射され、無電極ランプ１内に封入
された水銀などを励起し、プラズマを発生させる。無電
極ランプ１内でプラズマが発生すると、無電極ランプ１
から紫外線を含む光が放射される。この光は集光ミラー
８で集光され、マイクロ波空胴２の開口の下方の集光面
（楕円のもう一つの焦点に対応）ＦＰに集束する。送風
機９から送出された風は、図６の矢印に示すように流
れ、通風孔12、13、14を通って無電極ランプ１を冷却す
る。In the electrodeless lamp device configured as described above, when the microwave generated by the microwave source 5 is introduced into the microwave cavity 2 from the antenna 7 via the waveguide 6, the antenna 7 The emitted microwave is reflected in the microwave cavity 2 and excites mercury and the like sealed in the electrodeless lamp 1 to generate plasma. When plasma is generated in the electrodeless lamp 1, the electrodeless lamp 1
The light including ultraviolet rays is emitted from the light source. This light is condensed by the condensing mirror 8 and is converged on a condensing surface FP (corresponding to another focal point of the ellipse) FP below the opening of the microwave cavity 2. The air sent from the blower 9 flows as shown by the arrow in FIG. 6 and cools the electrodeless lamp 1 through the ventilation holes 12, 13 and 14.
【００１０】[0010]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の無電極ランプ装置では、ミラー面の耐熱性および光
学的理由（集光ミラー８において、楕円の底面より焦点
までの距離を短くすると拡大率が大きくなり不利とな
る）により、集光ミラー８を無電極ランプ１に接近させ
ることはできない。そのため、集光ミラー８に形成され
た通風孔14より放出された冷却風の風速は無電極ランプ
１の近傍では低下してしまう。この結果、ランプの冷却
効率が十分でなく、ランプの入力密度、すなわち輝度を
上げることができなかった。However, in the above-described conventional electrodeless lamp device, the heat resistance of the mirror surface and the optical reason (when the distance from the bottom of the ellipse to the focal point in the condensing mirror 8 is shortened, the enlargement ratio increases). The condenser mirror 8 cannot be brought close to the electrodeless lamp 1. Therefore, the velocity of the cooling air discharged from the ventilation holes 14 formed in the condenser mirror 8 decreases near the electrodeless lamp 1. As a result, the cooling efficiency of the lamp was not sufficient, and the input density of the lamp, that is, the brightness could not be increased.
【００１１】本発明はこのような問題点に鑑みてなされ
たものであり、ランプの冷却効率を高めることにより、
ランプの輝度を上げることのできる無電極ランプ装置を
提供することを目的とする。The present invention has been made in view of such a problem, and by increasing the cooling efficiency of a lamp,
An object of the present invention is to provide an electrodeless lamp device capable of increasing the brightness of a lamp.
【００１２】[0012]
【課題を解決するための手段】本発明に係る無電極ラン
プ装置は、マイクロ波発生源と、前記マイクロ波発生源
で発生されたマイクロ波が供給されるマイクロ波空胴
と、前記マイクロ波空胴内に配設された棒状無電極ラン
プと、前記無電極ランプで発生された光を集光する半割
り筒状凹面鏡とを備えた無電極ランプ装置において、前
記無電極ランプを冷却するための冷却風を噴出するノズ
ルを有することを特徴とする。この構成により、通風孔
から冷却風を吹き出す従来装置に比較して冷却風の吹き
出し口が無電極ランプに接近するため、ランプの冷却効
率を高めることで、ランプの入力密度、すなわち輝度を
上げることができる。逆に、輝度を上げないのであれ
ば、少ない冷却風量で良い。According to the present invention, there is provided an electrodeless lamp device comprising: a microwave generating source; a microwave cavity to which a microwave generated by the microwave generating source is supplied; In an electrodeless lamp device including a rod-shaped electrodeless lamp provided in a body and a half-split cylindrical concave mirror for condensing light generated by the electrodeless lamp, the electrodeless lamp is provided for cooling the electrodeless lamp. It is characterized by having a nozzle for jetting cooling air. With this configuration, since the outlet of the cooling air approaches the electrodeless lamp as compared with the conventional device that blows the cooling air from the ventilation hole, the input density of the lamp, that is, the brightness, is increased by increasing the cooling efficiency of the lamp. Can be. Conversely, if the brightness is not increased, a small amount of cooling air is sufficient.
【００１３】[0013]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら詳細に説明する。図１〜図３は、
本発明の実施の形態の無電極ランプ装置の構成を示す図
である。ここで、図１は長手方向に切断した横断面図、
図２は概略底面図、図３はマイクロ波発生源と導波管と
マイクロ波空胴との結合関係を示す縦断面図である。図
１〜図３において、図５、図６と同一の構成要素には図
５、図６で使用した符号と同一の符号を付した。Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. 1 to 3
It is a figure showing composition of an electrodeless lamp device of an embodiment of the invention. Here, FIG. 1 is a cross-sectional view cut in the longitudinal direction,
FIG. 2 is a schematic bottom view, and FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing a coupling relationship among a microwave generation source, a waveguide, and a microwave cavity. 1 to 3, the same components as those in FIGS. 5 and 6 are denoted by the same reference numerals as those used in FIGS. 5 and 6.
【００１４】本発明の実施の形態の無電極ランプ装置に
おいて、石英などで形成された筒状のガラス管の内部に
水銀等の発光材料が封入された無電極ランプ１がマイク
ロ波空胴２内に固定されている。マイクロ波空胴２は、
金属材料により下方に開口した箱型に形成された空胴壁
３と、空胴壁３の開口面に配設されたメッシュ４とから
構成されている。In an electrodeless lamp device according to an embodiment of the present invention, an electrodeless lamp 1 in which a light-emitting material such as mercury is sealed in a cylindrical glass tube formed of quartz or the like is provided in a microwave cavity 2. It is fixed to. The microwave cavity 2
It is composed of a box-shaped cavity wall 3 opened downward with a metal material and a mesh 4 arranged on the opening surface of the cavity wall 3.
【００１５】また、マイクロ波空胴２の内部には、無電
極ランプ１で発生した光を集光し、マイクロ波空胴２の
開口面方向へ導くための集光ミラー８が配設されてい
る。集光ミラー８は、断面形状が半楕円の半割り筒状凹
面鏡である。そして、楕円の焦点位置に無電極ランプ１
が配設されるように、無電極ランプ１および集光ミラー
８が位置決めされ、空胴壁３に固定されている。Further, inside the microwave cavity 2, a light collecting mirror 8 for condensing the light generated by the electrodeless lamp 1 and guiding the light toward the opening surface of the microwave cavity 2 is provided. I have. The condenser mirror 8 is a half-cylindrical concave mirror having a semi-elliptical cross section. Then, the electrodeless lamp 1 is positioned at the focal position of the ellipse.
The electrodeless lamp 1 and the condensing mirror 8 are positioned and fixed to the cavity wall 3 so as to be disposed.
【００１６】マイクロ波空胴２の上端の外面には導波管
６の下端が固定され、導波管６の上端には、二台のマグ
ネトロンからなるマイクロ波発生源５が固定されてい
る。また、導波管６の下端部からマイクロ波空胴２内に
アンテナ７が延設されている。アンテナ７は、無電極ラ
ンプ１と集光ミラー８との間に集光ミラー８と平行な方
向に波形に形成され、その一端が空胴壁３に、他端がア
ンテナ貫通孔10、11を経て導波管６内の同軸導波管変換
器（図示せず）に接続されている。なお、アンテナ７を
設けないように構成することも可能である。A lower end of a waveguide 6 is fixed to an outer surface of an upper end of the microwave cavity 2, and a microwave generator 5 composed of two magnetrons is fixed to an upper end of the waveguide 6. An antenna 7 extends from the lower end of the waveguide 6 into the microwave cavity 2. The antenna 7 is formed between the electrodeless lamp 1 and the condenser mirror 8 in a waveform in a direction parallel to the condenser mirror 8. One end of the antenna 7 is formed in the cavity wall 3 and the other end is formed in the antenna through holes 10 and 11. Via a coaxial waveguide converter (not shown) in the waveguide 6. Note that it is also possible to configure so that the antenna 7 is not provided.
【００１７】導波管６の上方には送風機９が配設されて
いる。導波管６には通風孔12が形成されている。マイク
ロ波空胴２の空胴壁３の上端から（導波管６の下端が固
定されている箇所は導波管６の下端から）集光ミラー８
の凹面の底部を貫通してランプ冷却用ノズル15が配設さ
れている。ランプ冷却用ノズル15は直線的に下方へ延設
され、先端の噴出口は無電極ランプ１の外周面の近傍に
達している。なお、図では便宜上、ランプ冷却用ノズル
15は、集光ミラー８の長手方向（したがって無電極ラン
プ１の長手方向）に７個配列されているが、ランプ冷却
用ノズル15のサイズは、例えば内径φ６ｍｍ、外径８ｍ
ｍ、高さ１７ｍｍとすると１５個配列することができ
る。ランプ冷却用ノズル15の材質は、透明石英ガラスな
ど、マイクロ波および光を透過させるものにすることが
好適である。A blower 9 is arranged above the waveguide 6. A ventilation hole 12 is formed in the waveguide 6. Focusing mirror 8 from the upper end of cavity wall 3 of microwave cavity 2 (where the lower end of waveguide 6 is fixed is from the lower end of waveguide 6)
A lamp cooling nozzle 15 is provided to penetrate the bottom of the concave surface. The lamp cooling nozzle 15 is linearly extended downward, and the spout at the tip reaches near the outer peripheral surface of the electrodeless lamp 1. In the figure, the lamp cooling nozzle is used for convenience.
Seven lamps 15 are arranged in the longitudinal direction of the condenser mirror 8 (therefore, in the longitudinal direction of the electrodeless lamp 1). The size of the lamp cooling nozzle 15 is, for example, an inner diameter φ6 mm and an outer diameter 8 m.
m and height 17 mm, 15 can be arranged. The material of the lamp cooling nozzle 15 is preferably a material that transmits microwaves and light, such as transparent quartz glass.
【００１８】そして、上述した各構成要素は、空胴壁３
と一体的に構成されたケース16内に設けられている。Each of the above-described components is a cavity wall 3
It is provided in a case 16 that is integrally formed.
【００１９】以上のように構成された無電極ランプ装置
において、マイクロ波発生源５で発生され、マイクロ波
空胴２内に導入されたマイクロ波により、無電極ランプ
１内でプラズマが発生し、その時に無電極ランプ１から
放射された紫外線が集光ミラー８で集光され、マイクロ
波空胴２の開口の下方の集光面ＦＰに集束する動作は従
来装置と同様である。送風機９から送出された風は、図
３の矢印に示すように、通風孔12を通り、ランプ冷却用
ノズル15の先端の噴出口から無電極ランプ１の表面に吹
き付けられる。したがって、無電極ランプ１の近傍でも
冷却風の風速は充分に速いため、ランプの冷却効率が高
まり、ランプの入力密度、すなわち輝度が向上する。In the electrodeless lamp device configured as described above, plasma is generated in the electrodeless lamp 1 by the microwave generated by the microwave generation source 5 and introduced into the microwave cavity 2, At this time, the operation of condensing the ultraviolet light emitted from the electrodeless lamp 1 by the condenser mirror 8 and converging it on the condenser surface FP below the opening of the microwave cavity 2 is the same as that of the conventional apparatus. The air sent from the blower 9 passes through the ventilation holes 12 as shown by arrows in FIG. 3, and is blown to the surface of the electrodeless lamp 1 from the outlet at the tip of the lamp cooling nozzle 15. Therefore, even in the vicinity of the electrodeless lamp 1, the wind speed of the cooling air is sufficiently high, so that the cooling efficiency of the lamp is increased and the input density of the lamp, that is, the brightness is improved.
【００２０】図４は、本実施の形態の効果を説明するた
めの実験データを示すグラフである。この実験データ
は、マイクロ波発生源としてマグネトロン二台を使用
し、マイクロ波の総エネルギーを６ｋＷとした無電極ラ
ンプ装置を用い、その無電極ランプの内径を変化させた
場合の照度プロファイルを測定したものである。FIG. 4 is a graph showing experimental data for explaining the effect of the present embodiment. In this experimental data, two magnetrons were used as microwave sources, an electrodeless lamp device having a total microwave energy of 6 kW was used, and the illuminance profile when the inner diameter of the electrodeless lamp was changed was measured. Things.
【００２１】棒状の無電極ランプの内径を細くしていっ
た場合（ミラーは集光型とする）、集光面でのピーク照
度は、図４に示すように内径に反比例して高くなるが、
ランプの管壁負荷（ランプ内壁面の単位面積当たりに吸
収されるエネルギー）も高くなるため、相応の冷却が必
要となる。When the inner diameter of the rod-shaped electrodeless lamp is made smaller (the mirror is a condensing type), the peak illuminance on the converging surface increases in inverse proportion to the inner diameter as shown in FIG. ,
Since the lamp wall load (energy absorbed per unit area of the lamp inner wall surface) of the lamp is also increased, a corresponding cooling is required.
【００２２】従来装置における冷却方法では、ランプの
内径がφ８ｍｍ程度が安定して動作する（ランプの熱に
よる変形などが発生しない）限界であったが、本発明を
実施することにより、ランプの内径をφ６ｍｍ程度とし
ても安定して動作するようになり、集光面でのピーク照
度を約１．５倍に上げることが可能となった。In the cooling method of the conventional apparatus, the inner diameter of the lamp is about 8 mm, which is the limit for stable operation (no deformation due to heat of the lamp). However, by implementing the present invention, the inner diameter of the lamp is reduced. Φ6 mm, stable operation was achieved, and the peak illuminance on the light-collecting surface could be increased by about 1.5 times.
【００２３】なお、以上説明した実施の形態は一つの例
示に過ぎず、本発明がそれに限定されないことは言うま
でもない。The embodiment described above is merely an example, and it goes without saying that the present invention is not limited to this.
【００２４】[0024]
【発明の効果】以上で詳細に説明したように、本発明に
よれば、冷却風の吹き出し口が無電極ランプに接近する
ため、無電極ランプの近傍でも充分な速度の冷却風が得
られる。したがって、ランプの冷却効率を高めることに
より、ランプの入力密度、すなわち輝度を上げることが
できる。逆に、輝度を上げないのであれば、少ない冷却
風量で済む。As described in detail above, according to the present invention, since the outlet of the cooling air approaches the electrodeless lamp, a sufficient speed of the cooling air can be obtained even near the electrodeless lamp. Therefore, by increasing the cooling efficiency of the lamp, the input density of the lamp, that is, the brightness, can be increased. Conversely, if the brightness is not increased, only a small amount of cooling air is required.
【図１】本発明の実施の形態の無電極ランプ装置を長手
方向に切断した横断面図、FIG. 1 is a cross-sectional view of an electrodeless lamp device according to an embodiment of the present invention, which is cut in a longitudinal direction.
【図２】本発明の実施の形態の無電極ランプ装置の概略
底面図、FIG. 2 is a schematic bottom view of the electrodeless lamp device according to the embodiment of the present invention;
【図３】本発明の実施の形態の無電極ランプ装置におけ
るマイクロ波発生源と導波管とマイクロ波空胴との結合
関係を示す縦断面図、FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing a coupling relationship between a microwave source, a waveguide, and a microwave cavity in the electrodeless lamp device according to the embodiment of the present invention;
【図４】本発明の実施の形態の効果を説明するための実
験データを示すグラフ、FIG. 4 is a graph showing experimental data for explaining the effect of the embodiment of the present invention;
【図５】従来の無電極ランプ装置の構成を示す図、FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a conventional electrodeless lamp device;
【図６】従来の無電極ランプ装置におけるマイクロ波発
生源と導波管とマイクロ波空胴との結合関係を示す縦断
面図である。FIG. 6 is a longitudinal sectional view showing a coupling relationship between a microwave generation source, a waveguide, and a microwave cavity in a conventional electrodeless lamp device.
１ 無電極ランプ ２ マイクロ波空胴 ５ マイクロ波発生源 ８ 集光ミラー 15 ランプ冷却用ノズル 1 Electrodeless lamp 2 Microwave cavity 5 Microwave source 8 Condensing mirror 15 Lamp cooling nozzle
Claims (3)
生源で発生されたマイクロ波が供給されるマイクロ波空
胴と、前記マイクロ波空胴内に配設された棒状無電極ラ
ンプと、前記無電極ランプで発生された光を集光する半
割り筒状凹面鏡とを備えた無電極ランプ装置において、
前記無電極ランプを冷却するための冷却風を噴出するノ
ズルを有することを特徴とする無電極ランプ装置。A microwave generating source, a microwave cavity to which a microwave generated by the microwave generating source is supplied, a rod-shaped electrodeless lamp disposed in the microwave cavity, An electrodeless lamp device comprising a half-split cylindrical concave mirror for condensing light generated by the electrodeless lamp,
An electrodeless lamp device, comprising: a nozzle for jetting cooling air for cooling the electrodeless lamp.
から前記無電極ランプの近傍まで延設されていることを
特徴とする請求項１記載の無電極ランプ装置。2. The electrodeless lamp device according to claim 1, wherein the nozzle extends from the bottom of the concave surface of the concave mirror to a position near the electrodeless lamp.
を透過させるものとしたことを特徴とする請求項１記載
の無電極ランプ装置。3. The electrodeless lamp device according to claim 1, wherein the nozzle is made of a material that transmits light and microwaves.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000346651A JP2002150805A (en) | 2000-11-14 | 2000-11-14 | Electrodeless lamp device |
| US10/143,742 US6731074B2 (en) | 2000-11-14 | 2002-05-10 | Electrode-less lamp equipment |
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
| JP2000346651A JP2002150805A (en) | 2000-11-14 | 2000-11-14 | Electrodeless lamp device |
| US10/143,742 US6731074B2 (en) | 2000-11-14 | 2002-05-10 | Electrode-less lamp equipment |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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| US (1) | US6731074B2 (en) |
| JP (1) | JP2002150805A (en) |
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